JP4790446B2 - 動画像復号装置及び動画像符号化装置 - Google Patents
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Description
図1はこの発明の実施の形態1による動画像復号装置の構成を示すブロック図である。図1に示す動画像復号装置は、受信部100、復号部101、フレーム蓄積部102、データ蓄積部103、フレーム追加蓄積部104、再復号部105及び制御部106を備えている。
伝送路よりフレーム間予測符号化された映像の符号化データが受信部100に入力されて復号部101に出力される。また、この符号化データの一部は、制御部106の指示に従い、データ蓄積部103に一旦蓄積された後、再復号部103に対しても出力される。復号部101及び再復号部105は共にフレーム間予測符号化による符号化データの復号を行う機能を有しており、復号時又は復号後はフレーム蓄積部102及びフレーム追加蓄積部104のいずれか片方又は両方に対して復号済み映像フレームの読み書きを行う。復号済みの映像フレームは、復号部101より直接、後段の表示部(図示せず)に出力されるか、フレーム蓄積部102又はフレーム追加蓄積部104より後段の表示部に出力される。
映像フレームを構成する符号化データは受信部100経由で復号部101に入力され、復号部101はフレーム単位で復号を行う。このとき、別の復号済みの映像フレームが必要となる場合には、復号部101はフレーム蓄積部102の中に格納されている復号済みの映像フレームを参照して復号し後段の表示部に出力する。なお、復号済みの映像フレームが、後続する映像フレームの復号時の被参照フレームとなる場合には、復号部101はその復号済みの映像フレームをフレーム蓄積部102に蓄積する。
図2は通常のフレーム間予測符号化方式を用いた符号化データを復号する際の復号部101とフレーム蓄積部102の動きについて説明する図である。図2において、横方向を時間軸とし、1フレームの表示時間を1フレーム時間とする。例えば、通常のTV放送では、1秒間に約30枚のフレームが表示されるため、1フレーム時間は約33msecとなる。
なお、受信部100の前段(図示せず)において、符号化データのバッファリングが行われ、到着タイミングの揺らぎの吸収や到着順序の入れ替えの補正が正しく行われた場合も同様である。
これは受信部100の前段で符号化データのバッファリング等の有無に関わらず、最終的に受信部100に対し正しい順序・タイミングで符号化データが入力されない場合を示すものである。例えば、受信部100の前段でバッファリングしていたとしても、その蓄積時間を越える幅で揺らいで遅延到着する符号化データについては、同バッファリングでは吸収できず、受信部100に誤った順序・タイミングで到着することを意味する。
図3は順次入力される映像フレームの復号と、それと並行して動作する誤りが改善された符号化データの到着タイミングと、再復号の影響について説明する図である。縦軸が順次受信部100に到着する符号化データを示し、横軸に映像フレーム毎にこの動画像復号装置における各種処理のタイミングを示し、最下段に表示タイミングを示す。
図4はこの実施の形態1による動画像復号装置の復号部101及び再復号部105の動作タイミング並びにフレーム蓄積部102及びフレーム追加蓄積部104のデータ蓄積内容を示す図である。
なお、P5フレームの復号直後にI2フレームの表示タイミングが来るが、後段の表示部への出力についても、このフレーム追加蓄積部104のバッファからI2’フレームが読み出される。
なお、I2’フレームは、復号部101でのB4フレームの復号のみならず、再復号部105でのP5’フレームの再復号においても参照される事を付け加えておく。
さらに、この実施の形態1では、復号時に最大2フレームを参照するフレーム間予測符号化方式を例に示しているが、それ以上のフレーム数を参照する場合においても、フレーム蓄積部102に蓄積可能なフレーム数が、通常の復号が可能な分確保できていれば同様のことが言える。
また図3、図4と異なり、復号時間が1フレーム時間では無い場合、また他フレームを参照する場合の参照タイミングが復号先頭タイミングのみでは無い場合についても、本方式が適用可能である。但し、再復号により誤りが後続の復号に伝搬しないためのデータ蓄積部103における蓄積時間は異なる事は言うまでも無い。
この図5において、B0フレームの復号中に、I2フレームを構成する正しい符号化データが遅延到着し、I2’フレームの再復号を行っている場合を示している。このとき、I2’フレームの再復号が完了し、参照画像としてこれを参照できるのはP5フレーム以降の復号からとなる。よって、B0,B1フレームの復号時には、最初に復号したI2フレームを参照するが、後続のP5フレーム以降の映像フレームで画質が改善することが分かっているため、B0,B1フレームの復号及び表示(後段表示部への出力)を中止しても良い。
また、復号部101における復号開始タイミングが時間で管理されておらず、前の映像フレームの復号が終わったタイミングで次の復号が開始するといった場合もあるが、その場合も復号部101での復号の進行状況および再復号に要する時間を加味した上で、再復号後の映像フレームが後続の映像フレームの復号時の参照に間に合うようデータ蓄積部103で蓄積すれば良い。
さらに、ここで生じた計算処理リソースを再復号に割り当て、より高速に再復号処理が行うことができれば、再復号の開始タイミングを遅らせることが可能となるので、再復号
対象となる符号化データの遅延到着の許容時間を延長することができるという効果が得られる。
さらに、この実施の形態1によれば、意図せずネットワークでの伝送中に生じた誤りや欠落、順番の入れ替わりを考慮し、復号画像の改善を図るものであるが、この実施の形態1に示す動画像復号装置が、従来の装置と比べネットワークの遅延揺らぎ等に対する耐性が強い事を考慮して、送信側やネットワーク上の伝送制御を従来よりも緩い制約で行うことができるので、それらに対する負荷を下げることができるという効果が得られる。
また同じネットワークに接続された、より遅延に耐性の低い装置に優先してリソースを割り当てることができるという効果が得られる。
上記の実施の形態1において、データ蓄積部103のデータ蓄積時間及び復号時間は一定時間であったが、この実施の形態2では、参照フレームと被参照フレームの構成、すなわち、GOPのフレーム構成や、復号部101の復号時間に応じて、データ蓄積部103における符号化データの蓄積時間を変えることにより、正しい符号化データを受信し再復号する機会を増やす場合について説明する。
図6も受信する符号化データがMPEG2VIDEO形式の場合を示しており、最初のGOPはM値3、つまりI,P2つの被参照フレームの間に、このI,Pフレームを参照する映像フレームであるBフレームが2枚挿入されている。一方、次のGOPはM値2となっている。最初のGOPの場合、参照フレームにも被参照フレームにもなるPフレームが、実際の復号時に別の映像フレームを参照するタイミングまでに再復号を終えるには、復号所要時間を1フレーム時間とした場合、通常の復号開始タイミングより2フレーム時間再復号のタイミングを遅らせることができる。
但し厳密には、符号化ストリームの先頭等、前にGOPがない場合はIフレームの直後にすぐPフレームが来ることもある。
図8は、図6と同様に、復号部101及び再復号部105の動作タイミング並びにフレーム蓄積部102及びフレーム追加蓄積部104のデータ蓄積内容を示す図であり、復号部101によるP5フレームの復号時間及び再復号部105によるP5’フレームの復号時間が0.5フレーム時間となっている点で図6と異なる。
この実施の形態3では、さらにもう1枚の映像フレームを蓄積するバッファ領域を増やし、画像劣化の伝搬を抑える対象映像フレームを増加する場合について説明する。
図10の例においては、上記実施の形態1の同様に、2フレーム時間の符号化データの遅延到着を待つことで、他の映像フレームの復号時に参照される映像フレームの復号までに再復号を終えることができるが、これに加え、その後2フレーム時間まで待つことを許容すると、上記映像フレームの復号には間に合わないものの、後続する別の映像フレームの復号には間に合わせることができる。
この実施の形態4では、従来の動画像復号装置を実現するための機能を一部流用する場合について説明する。
図13は例えば高解像度の映像フレームを復号する場合のフレーム蓄積部112の内部構成を説明する図であり、図14は例えば標準解像度の映像フレームを復号する場合のフレーム蓄積部112の内部構成を説明する図である。
従来の動画像伝送復号装置の場合は、高解像度の場合でも基本的な構成は標準画像のものと同様であり、このため、従来の動画像復号装置を実現するには、伝送路から入力される符号化データを復号部101で復号し、フレーム種別に応じてフレーム蓄積部112の読み書きが発生することとなる。例えば、MPEG2Video形式の場合、前述の通り前後に参照画像を持つBフレームも存在するため、フレーム蓄積部112には2枚の参照画像を蓄積可能な蓄積領域が存在することとなる。
この実施の形態5では、送信側に対し符号化データの送信内容に対しリクエスト信号を送信する機能を設ける場合について説明する。
上記実施の形態1の図5にも示したように、通常のタイミングで符号化データの復号を行った後、欠落や誤りを補完する補完の符号化データが到着するまで、所定の期間データ蓄積部103に欠落や誤りがあった符号化データを蓄積する。この間、制御部106から欠落や誤りの生じた符号化データの情報を伝送路を通じて送信側にリクエスト信号300として通知し、所望の補完の符号化データを得る。
また、送信側と受信側の間のネットワークに中継ノードが1つまたは複数存在し、そのノードにおいて送信データのコピーを保持している場合には、その中継ノードが送信側に代わって再送リクエストに応じても良い。
この実施の形態6では、上記実施の形態5に示した受信側からのリクエスト信号300を受けた場合の送信側の動作について説明する。
符号化部201は送信対象となる映像データを符号化し、その後、送信部200は符号化データを伝送路に適した形式に変換して送信する。なお、映像データが既に符号化されている場合には、符号化部201を介さずに直接、送信部200に入力しても良い。
上記実施の形態5で示したリクエスト信号300は送信制御部202に入力される。送信制御部202は、リクエスト信号300の内容が既に送信済みの映像データの再送のリクエストの場合は、送信データ蓄積部203に対し再送データ指定202aによりその符号化データを読み出し、送信部200に対し、再送指示202bにより伝送路に送信させる。そのため、受信側において再復号対象となる被参照フレームの符号化データについては、上記の通り送信部200より伝送路に送信すると共に、再送リクエストに備えて、一定時間、送信データ蓄積部203に蓄積しておく必要がある。
この実施の形態7では、動画像符号化装置が所定のデータ構造を有する符号化データを生成することにより、受信側において、受信後、表示までの遅延時間を短縮する方法について説明する。
この実施の形態7における図16において、送信制御部202は、符号化部201に対し、フレーム間予測を含まない先頭の映像フレームを出力する際に、送信対象の映像データの一部を低解像度で符号化して出力し、その後、送信対象の映像データの残りを標準解像度で符号化して出力するよう指示する。
図17において、動画像復号装置の受信部100に入力される符号化データは通常のデータ構成であり、これまで同様に、MPEG2Videoを例としてあげている。一般的に、フレーム間予測符号化を含む符号化方式の場合、先頭のIフレームはフレーム間予測を含まないため、図17に示すように、符号化データサイズは他のフレームに比べ大きくなる。よって、先頭I2フレームの受信を完了し、復号を開始するまでの時間は、I2フレームのサイズに依存するが比較的長い時間を要する。
Claims (12)
- 伝送路から複数種類の映像フレームを受信し映像フレームを構成する符号化データの欠落や誤りの受信状況を通知する受信部と、
該受信部により受信された映像フレームを復号に必要な復号済みの映像フレームを参照して復号する復号部と、
上記受信部により受信状況を通知された後述の制御部からの指示に基づき、上記受信部により受信された欠落や誤りのあった符号化データにより構成された映像フレームと、上記受信部によりその後に受信された欠落や誤りのあった符号化データを補完する補完の符号化データを蓄積し、正常な順序に並び替えて正常な符号化データにより構成された映像フレームを蓄積するデータ蓄積部と、
該データ蓄積部に蓄積されている映像フレームを復号に必要な復号済みの映像フレームを参照して復号する再復号部と、
上記復号部又は上記再復号部により復号された復号済みの映像フレームで以後の映像フレームの復号の際に参照される少なくとも2枚の復号済みの映像フレームを蓄積するフレーム蓄積部と、
上記復号部又は上記再復号部により復号された復号済みの映像フレームで以後の映像フレームの復号の際に参照される少なくとも1枚の復号済みの映像フレームを蓄積するフレーム追加蓄積部と、
上記受信部により通知された受信状況に基づき上記データ蓄積部に上記指示を与えると共に、上記復号部及び上記再復号部に参照する復号済みの映像フレームを指示し復号された映像フレームを上記フレーム蓄積部又は上記フレーム追加蓄積部に蓄積するよう指示する制御部とを備えた動画像復号装置。 - 上記制御部は、欠落や誤りのあった符号化データにより構成された映像フレームのうち、上記復号部及び上記再復号部が復号の際に参照する映像フレームを上記データ蓄積部に蓄積させることを特徴とする請求項1記載の動画像復号装置。
- 上記制御部は、欠落や誤りのあった符号化データにより構成された映像フレームのうち、上記復号部及び上記再復号部が復号の際に前後の映像フレームを参照せず単独で復号可能な映像フレームを上記データ蓄積部に蓄積させることを特徴とする請求項2記載の動画像復号装置。
- 上記制御部は、上記受信部が補完の符号化データを受信した際に、上記復号部に既に復号済みの映像フレームを参照しての復号を中止するよう指示することを特徴とする請求項1記載の動画像復号装置。
- 上記受信部は複数種類の映像フレームのフレーム構成を解析してデータ構造情報を上記制御部に通知し、
上記制御部は上記受信部により通知されたデータ構造情報に基づき上記データ蓄積部における映像フレームの蓄積時間を制御することを特徴とする請求項1記載の動画像復号装置。 - 上記復号部は映像フレームの復号に要した復号時間を上記制御部に通知し、
上記制御部は上記復号部により通知された復号時間に基づき上記データ蓄積部における映像フレームの蓄積時間を制御することを特徴とする請求項1記載の動画像復号装置。 - 上記フレーム追加蓄積部は少なくとも2枚の復号済みの映像フレームを蓄積することを特徴とする請求項1記載の動画像復号装置。
- 伝送路から高解像度又は標準解像度の複数種類の映像フレームを受信し、標準解像度の映像フレームを受信した場合に映像フレームを構成する符号化データの欠落や誤りの受信状況を通知する受信部と、
該受信部により受信された高解像度又は標準解像度の映像フレームを復号に必要な復号済みの映像フレームを参照して復号する復号部と、
上記受信部により受信状況を通知された後述の制御部からの指示に基づき、上記受信部により受信された欠落や誤りのあった符号化データにより構成された標準解像度の映像フレームと、上記受信部によりその後に受信された欠落や誤りのあった符号化データを補完する補完の符号化データを蓄積し、正常な順序に並び替えて正常な符号化データにより構成された標準解像度の映像フレームを蓄積するデータ蓄積部と、
該データ蓄積部に蓄積されている標準解像度の映像フレームを復号に必要な復号済みの映像フレームを参照して復号する再復号部と、
上記復号部により復号された高解像度の復号済みの映像フレームで以後の高解像度の映像フレームの復号の際に参照される少なくとも2枚の高解像度の復号済みの映像フレームを蓄積すると共に、上記復号部又は上記再復号部により復号された標準解像度の復号済みの映像フレームで以後の標準解像度の映像フレームの復号の際に参照される少なくとも3枚の標準解像度の復号済みの映像フレームを蓄積するフレーム蓄積部と、
上記受信部により通知された受信状況に基づき上記データ蓄積部に上記指示を与えると共に、上記復号部及び上記再復号部に参照する標準解像度の復号済みの映像フレームを指示し復号された標準解像度の映像フレームを上記フレーム蓄積部に蓄積するよう指示する制御部とを備えた動画像復号装置。 - 伝送路から復号の際に3枚以上の復号済みの映像フレームを参照する複数種類の第1の映像フレーム又は復号の際に2枚の復号済みの映像フレームを参照する複数種類の第2の映像フレームを受信し、上記第2の映像フレームを受信した場合に映像フレームを構成する符号化データの欠落や誤りの受信状況を通知する受信部と、
該受信部により受信された第1又は第2の映像フレームを復号に必要な復号済みの映像フレームを参照して復号する復号部と、
上記受信部により受信状況を通知された後述の制御部からの指示に基づき、上記受信部により受信された欠落や誤りのあった符号化データにより構成された第2の映像フレームと、上記受信部によりその後に受信された欠落や誤りのあった符号化データを補完する補完の符号化データを蓄積し、正常な順序に並び替えて正常な符号化データにより構成された第2の映像フレームを蓄積するデータ蓄積部と、
該データ蓄積部に蓄積されている第2の映像フレームを復号に必要な復号済みの映像フレームを参照して復号する再復号部と、
上記復号部により復号された第1の復号済みの映像フレームで以後の第1の映像フレームの復号の際に参照される少なくとも3枚以上の第1の復号済みの映像フレームを蓄積すると共に、上記復号部又は上記再復号部により復号された第2の復号済みの映像フレームで以後の第2の映像フレームの復号の際に参照される少なくとも3枚の第2の復号済みの映像フレームを蓄積するフレーム蓄積部と、
上記受信部により通知された受信状況に基づき上記データ蓄積部に上記指示を与えると共に、上記復号部及び上記再復号部に参照する第2の復号済みの映像フレームを指示し復号された第2の映像フレームを上記フレーム蓄積部に蓄積するよう指示する制御部とを備えた動画像復号装置。 - 伝送路から標準解像度又は標準解像度より画素数を削減した低解像度の複数種類の映像フレームを受信し、低解像度の映像フレームを受信した場合に映像フレームを構成する符号化データの欠落や誤りの受信状況を通知する受信部と、
該受信部により受信された標準解像度又は低解像度の映像フレームを復号に必要な復号済みの映像フレームを参照して復号する復号部と、
上記受信部により受信状況を通知された後述の制御部からの指示に基づき、上記受信部により受信された欠落や誤りのあった符号化データにより構成された低解像度の映像フレームと、上記受信部によりその後に受信された欠落や誤りのあった符号化データを補完する補完の符号化データを蓄積し、正常な順序に並び替えて正常な符号化データにより構成された低解像度の映像フレームを蓄積するデータ蓄積部と、
該データ蓄積部に蓄積されている低準解像度の映像フレームを復号に必要な復号済みの映像フレームを参照して復号する再復号部と、
上記復号部により復号された標準解像度の復号済みの映像フレームで以後の標準解像度の映像フレームの復号の際に参照される少なくとも2枚の標準解像度の復号済みの映像フレームを蓄積すると共に、上記復号部又は上記再復号部により復号された低解像度の復号済みの映像フレームで以後の低解像度の映像フレームの復号の際に参照される少なくとも3枚の低解像度の復号済みの映像フレームを蓄積するフレーム蓄積部と、
上記受信部により通知された受信状況に基づき上記データ蓄積部に上記指示を与えると共に、上記復号部及び上記再復号部に参照する低解像度の復号済みの映像フレームを指示し復号された低解像度の映像フレームを上記フレーム蓄積部に蓄積するよう指示する制御部とを備えた動画像復号装置。 - 上記制御部は欠落や誤りのあった符号化データを補完する補完の符号化データの再送を要求するリクエスト信号を送信側に送信することを特徴とする請求項1、請求項8、請求項9または請求項10のうちのいずれか1項記載の動画像復号装置。
- 上記制御部は、受信した映像フレームの誤り率に応じて、復号の際に他の映像フレームを参照する映像フレームの数を増減するよう要求するリクエスト信号を送信側に送信することを特徴とする請求項1、請求項8、請求項9または請求項10のうちのいずれか1項記載の動画像復号装置。
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